Ny utvecklingsmöjlighet för laddningsmoduler för energifordon

1. Översikt över utvecklingen av laddningsmodulindustrin

Laddningsmoduler är kärnan i DC-laddningshögar för nya energifordon. I takt med att penetrationsgraden och ägandet av nya energifordon i Kina fortsätter att öka, ökar efterfrågan på laddningshögar. Laddning av nya energifordon delas in i AC-långsamladdning och DC-snabbladdning. DC-snabbladdning har egenskaper som högspänning, hög effekt och snabbladdning. I takt med att marknaden strävar efter laddningseffektivitet fortsätter marknadsskalan för DC-snabbladdningshögar och laddningsmoduler att expandera.

2. Teknisk nivå och egenskaper hos laddningsmodulindustrin för elbilar

Den nya laddningsmodulindustrin för elfordon har för närvarande tekniska funktioner som hög effekt, hög frekvens, miniatyrisering, hög omvandlingseffektivitet och brett spänningsområde med en modul.

När det gäller effektförsörjning för enmoduler har den nya industrin för laddningsmoduler för energiladdningsstänger upplevt en mainstream-produktutveckling på 7,5 kW år 2014, konstant ström 20 A och 15 kW år 2015, och konstant effekt 25 A och 15 kW år 2016. De nuvarande mainstream-applikationerna för laddningsmoduler är 20 kW och 30 kW. Enmodulslösningar och konvertering till 40 kW nya enmodulslösningar för energiladdningsstänger. Högeffektsladdningsmoduler har blivit en marknadsutvecklingstrend i framtiden.

När det gäller utspänning utfärdade State Grid 2017 års version av "Kvalificerings- och förmågaverifieringsstandarder för leverantörer av laddningsutrustning för elfordon" som anger att utgångsspänningsområdet för DC-laddare är 200-750V, och att den konstanta effektspänningen täcker minst 400-500V och 600-750V-områdena. Därför designar alla modultillverkare i allmänhet moduler för 200-750V och uppfyller kraven på konstant effekt. Med den ökade räckvidden för elfordon och efterfrågan från användare av nya energifordon att minska laddningstiden har branschen föreslagit en 800V supersnabbladdningsarkitektur, och vissa företag har insett utbudet av DC-laddningsmoduler med ett brett utspänningsområde på 200-1000V.

När det gäller högfrekventa och miniatyrisering av laddningsmoduler har effekten hos enmaskinsmoduler i nya energiladdningsstångsströmförsörjningar ökat, men dess volym kan inte utökas proportionellt. Därför har ökning av switchfrekvensen och integrering av magnetiska komponenter blivit viktiga medel för att öka effekttätheten.

När det gäller laddningsmodulernas effektivitet har stora företag inom den nya laddningsmodulindustrin för energiladdning generellt en maximal toppeffektivitet på 95–96 %. I framtiden, med utvecklingen av elektroniska komponenter som tredje generationens kraftenheter och populariseringen av elfordon med 800 V eller högre högspänningsplattform, förväntas branschen introducera produkter med en toppeffektivitet på mer än 98 %.

Allt eftersom effekttätheten hos laddningsmoduler ökar, medför det också större problem med värmeavledning. När det gäller värmeavledning från laddningsmoduler är den nuvarande vanliga värmeavledningsmetoden i branschen forcerad luftkylning, och det finns även metoder som slutna kallluftskanaler och vattenkylning. Luftkylning har fördelarna med låg kostnad och enkel struktur. Men allt eftersom värmeavledningstrycket ökar ytterligare kommer nackdelarna med luftkylningens begränsade värmeavledningskapacitet och höga ljudnivå att bli ännu tydligare. Att utrusta laddningsmodulen och pistolledningen med vätskekylning har blivit en viktig lösning i den tekniska riktningen.

3. Tekniska framsteg påskyndar utvecklingsmöjligheterna för ny energiindustrins penetration

Under senare år har ny teknik inom energibranschen fortsatt att göra framsteg och genombrott, och den ökade penetrationsgraden har främjat den kontinuerliga utvecklingen av uppströms laddningsmodulindustrin. Den betydande ökningen av batteriets energitäthet har löst problemet med otillräcklig räckvidd för nya energifordon, och tillämpningen av högpresterande laddningsmoduler har kraftigt förkortat laddningstiden, vilket accelererar penetrationen av nya energifordon och byggandet av stödjande laddningshögar. I framtiden förväntas integrationen och fördjupade tillämpningen av tekniker som optisk lagring och laddningsintegration samt V2G-fordonsnätverksintegration ytterligare accelerera penetrationen av nya energiindustrier och populariseringen av konsumtion.

4. Branschens konkurrenslandskap: Laddningsmodulbranschen är fullt konkurrensutsatt och produktmarknaden är stor.

Laddmodulen är kärnkomponenten i likströmsladdningspålar. Med den ökande penetrationsgraden för nya energifordon runt om i världen blir konsumenterna alltmer oroliga för laddningsräckvidd och laddningskomfort. Marknadsefterfrågan på snabbladdningspålar för likström har exploderat, och marknaden för drift av laddningspålar för hushåll har vuxit från ... I början var State Grid den viktigaste kraften i den diversifierade utvecklingen. Ett antal sociala kapitalaktörer med både tillverknings- och driftskapacitet för laddningspålar växte fram snabbt. Inhemska tillverkare av laddningsmoduler fortsatte att utöka sin produktions- och försäljningsskala för konstruktion av stödjande laddningspålar, och deras övergripande konkurrenskraft fortsatte att stärkas.

För närvarande, efter åratal av produktiteration och utveckling av laddningsmoduler, är konkurrensen inom branschen tillräcklig. Vanliga produkter utvecklas i riktning mot hög spänning och hög effekttäthet, och produktmarknaden är stor. Företag i branschen uppnår främst högre marknadsandelar och vinstnivåer genom att kontinuerligt förbättra produkttopologi, styralgoritmer, optimera hårdvara och produktionssystem etc.

5. Utvecklingstrender för laddningsmoduler för elbilar

I takt med att laddningsmoduler skapar en enorm marknadsefterfrågan fortsätter tekniken att utvecklas mot hög effekttäthet, brett spänningsområde och hög omvandlingseffektivitet.

1) Policydriven övergång till efterfrågedriven

För att stödja och främja utvecklingen av nya energifordon leddes byggandet av laddstolpar huvudsakligen av regeringen i ett tidigt skede, och styrde gradvis utvecklingen av branschen mot en endogen körmodell genom politiskt stöd. Sedan 2021 har den snabba utvecklingen av nya energifordon ställt enorma krav på byggandet av stödjande anläggningar och laddstolpar. Laddstolpsindustrin slutför omvandlingen från policydriven till efterfrågedriven.

Inför det ökande antalet nya energifordon måste laddningstiden, förutom att öka tätheten i laddningsplattformarna, förkortas ytterligare. DC-laddningsplattformar har snabbare laddningshastigheter och kortare laddningstider, vilket är mer lämpade för tillfälliga och akuta laddningsbehov hos elfordonsanvändare, och kan effektivt lösa problemen med räckviddsångest och laddningsångest för elfordon. Därför har marknaden för DC-snabbladdning i nybyggda laddningsplattformar, särskilt offentliga laddningsplattformar, vuxit snabbt under senare år och har blivit en vanlig trend i många centrala städer i Kina.

Sammanfattningsvis, å ena sidan, i takt med att antalet nya energifordon fortsätter att öka, behöver den stödjande konstruktionen av laddstolpar kontinuerligt förbättras. Å andra sidan strävar användare av elfordon generellt efter snabbladdning med likström. Likströmsladdningstolpar har blivit den vanliga trenden, och laddningsmoduler har också blivit alltmer efterfrågade. Ett utvecklingsstadium där dragkraft är den främsta drivkraften.

(2) Hög effekttäthet, brett spänningsområde, hög omvandlingseffektivitet

Så kallad snabbladdning innebär hög laddningseffekt. Därför, med den växande efterfrågan på snabbladdning, fortsätter laddningsmoduler att utvecklas i riktning mot hög effekt. Hög effekt hos laddningshögen uppnås på två sätt. Det ena är att parallellkoppla flera laddningsmoduler för att uppnå effektöverlagring; det andra är att öka laddningsmodulens enskilda effekt. Baserat på de tekniska behoven att öka effekttätheten, minska utrymme och minska komplexiteten i den elektriska arkitekturen är det en långsiktig utvecklingstrend att öka effekten hos en enda laddningsmodul. Mitt lands laddningsmoduler har gått igenom tre generationer av utveckling, från den första generationen 7,5 kW till den andra generationen 15/20 kW, och är nu i omvandlingsperioden från den andra generationen till den tredje generationen 30/40 kW. Högeffektsladdningsmoduler har blivit mainstream på marknaden. Samtidigt, baserat på designprincipen om miniatyrisering, har effekttätheten hos laddningsmoduler också ökat samtidigt som effektnivån ökar.

Det finns två vägar för att uppnå snabb DC-laddning med högre effektnivå: att öka spänningen och att öka strömmen. Högströmsladdningslösningen antogs först av Tesla. Fördelen är att kostnaden för komponentoptimering är lägre, men hög ström kommer att medföra högre värmeförlust och höga krav på värmeavledning, och tjockare kablar minskar bekvämligheten och främjar i mindre utsträckning. Högspänningslösningen är att öka laddningsmodulens maximala driftsspänning. Det är för närvarande en vanligt förekommande modell av biltillverkare. Den kan ta hänsyn till fördelarna med att minska energiförbrukningen, förbättra batteritiden, minska vikten och spara utrymme. Högspänningslösningen kräver att elfordon är utrustade med en högspänningsplattform för att stödja snabbladdningsapplikationer. För närvarande är den snabbladdningslösning som vanligtvis används av biltillverkare 400V högspänningsplattformen. Med forskningen och tillämpningen av 800V spänningsplattformen kommer laddningsmodulens spänningsnivå att förbättras ytterligare.

Förbättring av konverteringseffektiviteten är en teknisk indikator som laddningsmoduler alltid strävar efter. Förbättring av konverteringseffektiviteten innebär högre laddningseffektivitet och lägre förluster. För närvarande är den maximala toppeffektiviteten för laddningsmoduler generellt 95%~96%. I framtiden, med utvecklingen av elektroniska komponenter som tredje generationens strömförsörjningsenheter och utgångsspänningen från laddningsmoduler som rör sig mot 800V eller till och med 1000V, kommer konverteringseffektiviteten att förbättras ytterligare.

(3) Värdet på laddningsmoduler för elbilar ökar

Laddningsmodulen är kärnkomponenten i likströmsladdningshögen och står för cirka 50 % av laddningshögens hårdvarukostnad. Förbättringen av laddningseffektiviteten i framtiden beror huvudsakligen på prestandaförbättringar hos laddningsmodulerna. Å ena sidan kommer fler parallellkopplade laddningsmoduler att direkt öka värdet på laddningsmodulen; å andra sidan beror förbättringen av effektnivån och effekttätheten för den enskilda laddningsmodulen på optimerad design av hårdvarukretsar och styrprogramvara samt tekniken för nyckelkomponenter. Genombrott, dessa är nyckeltekniker för att förbättra effekten hos hela laddningshögen, vilket ytterligare kommer att öka värdet på laddningsmodulen.

6. Tekniska hinder inom branschen för laddningsmoduler för elbilar

Strömförsörjningsteknik är ett tvärvetenskapligt ämne som integrerar kretstopologiteknik, digital teknik, magnetisk teknik, komponentteknik, halvledarteknik och termisk designteknik. Det är en teknikintensiv industri. Som hjärtat i DC-laddningshögen bestämmer laddningsmodulen direkt laddningseffektiviteten, driftsstabiliteten, säkerheten och tillförlitligheten hos laddningshögen, och dess betydelse och värde är enastående. En produkt kräver en stor investering av resurser och yrkesverksamma, från teknisk forskning och utveckling till terminalapplikationer. Hur man väljer elektroniska komponenter och layout, uppgradering och iteration av programvarualgoritmer, korrekt förståelse för applikationsscenarier och mogna kvalitetskontroll- och testplattformsfunktioner kommer alla att påverka produktkvaliteten och stabiliteten direkt. Det är svårt för nya aktörer i branschen att samla in olika tekniker, personal och applikationsscenariedata på kort tid, och de har höga tekniska hinder.